Очистка сточных вод, их состав и виды. Рыбохозяйственные нормативы качества воды. Нормы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения

Качество воды в водоеме оценивается на основе результатов химического, бактериологического и биологического анализов. Каждый из этих видов анализа имеет свои достоинства и недостатки, они не заменяют друг друга, и наиболее достоверная оценка получается при сочетании всех трех методов.

Химические исследования позволяют оценить величину и характер загрязнения, его влияние на изменение качества воды. Бактериологический анализ дает возможность определить вероятность нахождения в воде патогенных микроорганизмов. Биологический анализ помогает установить степень загрязнения водоема в целом, в ряде случаев позволяя зафиксировать последствия кратковременного загрязнения водоема, которое не может быть зарегистрировано методами физико-химического и бактериологического исследования.

Биологический анализ воды основан на приуроченности некоторых организмов к воде определенного качества.

В 1909 г. Р. Колквитц и М. Марсон разработали классификацию степени загрязненности водоемов по содержащимся в них видам растений и животных. Эта классификация, получившая название системы сапробности, в дальнейшем была усовершенствована. В нашей стране в наиболее полном виде она была разработана Я. Я. Никитинским и Г. И. Долговым (1927). По их определению, «сапробность-это комплекс физиологических свойств данного организма, обусловливающий его способность развиваться в воде с тем или иным содержанием органических веществ, с той или иной степенью загрязнения».

Поступающие в водоем загрязнения в результате самоочистительной способности водоемов постепенно разбавляются и разрушаются. Деструкция загрязнения происходит постепенно и в связи с этим постепенно восстанавливаются в водоеме условия, которые были в нем до поступления сточных вод. Процесс этот весьма длительный, и зона загрязнения в реке может захватывать десятки и сотни километров. Размер зоны зависит от соотношения объема сточных и речных вод, от концентрации и качества загрязняющих веществ, от скорости течения и других причин.

В зависимости от того, насколько сильно загрязнена вода, водоемы и их отдельные участки подразделяются на следующие зоны:

При загрязнении водоема в нем изменяются физико-химические условия. При этом одни формы гидробионтов погибают, другие получают преимущества для своего развития, и в результате на загрязненном участке происходит смена биоценоза. Многие гидробионты способны развиваться только в воде определенного качества и поэтому приспособлены к определенным зонам загрязнения.

Полисапробная зона (р) характеризуется большим содержанием нестойких органических веществ и продуктов их анаэробного распада, В воде в изобилии присутствуют белковые вещества. БПК составляет десятки миллиграммов на литр. Фотосинтез отсутствует. Кислород может поступать в воду только за счет атмосферной реазрации, и так как он полностью потребляется на окисление в поверхностных слоях, то в воде он практически не обнаруживается. Вода содержит метан и сероводород. Для этой зоны характерно большое количество сапрофитной микрофлоры, представленной сотнями тысяч и даже миллионами клеток в 1 мл. В донных отложениях кислород отсутствует, содержится много детрита, идут восстановительные процессы, железо находится в форме FeS, ил имеет черную окраску и запах сероводорода. В этой зоне в массе развиваются растительные организмы с гетеротрофным типом питания: различные бактерии, в том числе нитчатые бактерии (Sphaerotilus), серные бактерии (Beggiatoa, Thiothris), бактериальные зооглеи (Zoogloea ramigera), из простейших-инфузории, бесцветные жгутиковые (рис. 62).

Альфа-мезосапробная зона (?-m). В этой зоне начинается аэробный распад органических веществ с образованием аммиака, содержится много свободной углекислоты, кислород присутствует в малых количествах. Метан и сероводород отсутствуют. Количество загрязнения, определяемого по БПК, все еще очень велико: десятки миллиграммов на литр. Количество сапрофитных бактерий составляет десятки и сотни тысяч в 1 мл.

В воде и донных отложениях протекают окислительно-восстановительные процессы; железо-в закисной и окисной формах, ил сероватой окраски. В?-m зоне развиваются организмы, облагающие большой выносливостью к недостатку кислорода и большому содержанию углекислоты. Преобладают растительные организмы с гетеротрофным и миксотрофным питанием. Отдельные организмы имеют массовое развитие: бактериальные зооглеи, нитчатые бактерии, грибы, из водорослей-осциллятории, стигеоклониум. Из животных организмов обильны сидячие инфузории (Carchesium), встречаются коловратки (Brachionus), много окрашенных и бесцветных жгутиковых (рис. 63). В илах значительное количество тубифицид и личинок хирономид.

Бета-мезосапробная зона (?-m) отмечается в водоемах, почти свободных от нестойких органических веществ, разложившихся до кисленных продуктов (полная минерализация). Количество сапрофитных бактерий составляет тысячи клеток в 1 мл и резко увеличивается в период отмирания водных растений. Концентрация кислорода и углекислоты сильно колеблется в течение суток; в дневные часы содержание кислорода в воде доходит до пресыщения, а углекислота может полностью исчезать, в ночные часы наблюдается дефицит кислорода в воде. В илах много детрита, интенсивно протекают окислительные процессы, ил желтой окраски. В этой зоне отмечается большое разнообразие животных и растительных организмов. В массе развиваются растительные организмы с автотрофным питанием, наблюдается «цветение» воды в результате развития фитопланктона. В обрастаниях обычны зеленые нитчатки и эпифитные диатомеи; в илах-черви, личинки хирономид, моллюски (рис. 64).

Олигосапробная зона (о) характеризует практически чистые водоемы с незначительным содержанием нестойких органических веществ и небольшим количеством продуктов их минерализации. Содержание кислорода и углекислоты не претерпевает заметных колебаний в дневные и ночные часы суток.

«Цветения» воды, как правило, не наблюдается. В донных отложениях содержится мало детрита, автотрофных микроорганизмов и бентосных животных (червей, личинок хирономид и моллюсков). Показателями большой чистоты воды в этой зоне служат некоторые красные водоросли (Thorea, Batrachospermum) и водные мхи (рис. 65).

Отдельные индикаторные организмы, взятые изолированно, не могут достаточно точно охарактеризовать степень загрязнения вод. Например, при разложении белков в хозяйственно-фекальных стоках накапливается сера, вследствие этого в таких водах могут в изобилии встречаться серобактерии из родов Beggiatoa и Thiothrix. Вместе с тем эти бактерии живут и в воде минеральных серных источников, совершенно не содержащих органических загрязнений. Серобактерии являются индикаторами серы в воде независимо от того, какого происхождения эта сера.

Приведенный пример показывает, что судить о степени загрязнения вод можно лишь по ценозам, характерным для той или иной зоны сапробности, а не по отдельным, пусть даже индикаторным организмам.

В настоящее время многие авторы предлагают более дробное деление зон сапробности, выделяя 5, 6 и более подзон. Так, Либманн (1962) предусматривает 4 основных класса чистоты водоема (с. 194) и три промежуточных. Основные классы обозначаются цифрами от I (самый чистый, соответствующий олигосапробной зоне) до IV (соответствующего полисапробной зоне). Промежуточные-двумя цифрами: I-II, II-III, III-IV. А. А. Былинкина, С. М. Драчев и А. И. Ицкова предложили подразделять водоемы по степени загрязненности на 6 групп: очень чистые, чистые, умеренно загрязненные, загрязненные, грязные и очень грязные. Каждой из этих градаций соответствует определенное значение количества загрязнения.

Очень чистые водоемы практически не несут следов воздействия человека. В СССР к таким водоемам могут быть отнесены многие озера и реки Сибири, а на европейской территории-Ладожское и Онежское озера, Рыбинское водохранилище, некоторые северные реки. В этих водоемах насыщение воды кислородом достигает 95 %, ВПК не превышает 1 мг/л, а взвешенные вещества-3 мг/л. Вода в очень чистых водоемах пригодна для всех видов водопользования.

Водоемы, относимые к категории чистых, по химическим показателям почти не отличаются от очень чистых, но следы деятельности человека проявляются прежде всего в увеличении количества сапрофитной микрофлоры в воде. Воды водоемов второй группы также пригодны для всех видов водопользования. Для их обеззараживания достаточно хлорирования.

Умеренно загрязненные воды характеризуются повышенным содержанием органических веществ, ионов хлора и аммония. Они несут в себе признаки загрязнения поверхностным стоком и бытовыми водами. Умеренно загрязненные воды после соответствующей очистки пригодны для хозяйственно-питьевого использования, для разведения некоторых видов рыб и для прочих видов водопользования.

К категории загрязненных отнесены реки и озера, природные свойства которых значительно изменены в результате поступления в них сточных вод. В зимний период при образовании ледяного покрова на загрязненных участках водоема могут создаваться анаэробные условия. Загрязненные воды непригодны для питьевого, хозяйственно-бытового и культурно-бытового назначения, а также для рыбоводства. Они могут быть использованы, да и то с ограничениями, в некоторых производственных процессах, для орошения и судоходства. В странах Западной Европы при остром дефиците воды загрязненные воды используют для хозяйственно-питьевого назначения, применяя при этом сложные способы очистки,

В грязных и очень грязных водоемах природные свойства воды сильно изменены. В летний период пода этих водоемов издает неприятные запахи. Повышенное содержание агрессивной углекислоты и сернистых соединений в воде грязных водоемов оказывает вредное воздействие на обшивку судом и портовые сооружения, вследствие чего эти водоемы ограниченно пригодны для судоходства. Для орошения воды грязных водоемов могут быть использованы с ограничениями, не под все культуры.

В табл. 3 приведены некоторые химические показатели степени загрязненности водоемов.

При оценке степени загрязненности принимаются во внимание также органолептические показатели, такие, как цвет, запах, мутность и т. д. Например, запах может свидетельствовать о присутствии в воде ряда нежелательных примесей прежде, чем они станут доступны химическому анализу. По этой причине многие токсичные вещества ограничиваются для спуска в водоем не по показателю вредности, а по запаху. К таким веществам относятся фенол, дихлорэтан, крезолы и другие химические соединения. Присутствие нефти в воде также лимитируется органолептическими показателями: по запаху и визуально, по образованию на поверхности воды пленок и пятен. В связи с тем, что сточные воды в большой степени несут в себе загрязнения, характерные для производственных сточных вод, и в том числе токсичные вещества, В. И. Жадин (1964) предложил характеризовать загрязненность водоемов не только по степени сапробности, но и по степени токсобности, понимая под этим термином способность гидробионтов существовать в водах, содержащих то или иное количество ядовитых веществ. По аналогии с зонами сапробности он предложил обозначить зоны токсобности, как политоксобную, мезотоксобную и олиготоксобную.

Охрана водоёмов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988 г.). Правила включают в себя общие требования к водопользователям в части сброса сточных вод в водоёмы. Правилами установлены две категории водоёмов: 1 – водоёмы питьевого и культурно-бытового назначения; 2 – водоёмы рыбохозяйственного назначения. Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии не менее одного километра выше ближайшего по течению пункта водопользования, а в непроточных водоёмах – в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоёмах II типа должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (при наличии течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска – не далее чем в 500 м от места выпуска.

Правилами установлены нормируемые значения для следующих параметров воды водоёмов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах, привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворённого в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и предельно допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий. Под предельно допустимой концентрацией понимается концентрация вредного (ядовитого) вещества в воде водоёма, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, в том числе у последующих поколений, обнаруживаемых современными методами исследований и диагностики, а также не нарушает биологического оптимума в водоёме.

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного вещества. Для водоёмов первого типа используют три типа ЛПВ: санитарно-токсикологический, общесанитарный и органолептический, для водоёмов второго типа – ещё два вида: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоёма отвечает требованиям норм при выполнении неравенства

для каждой из трёх (для водоёмов второго типа – для каждой из пяти) групп вредных веществ, ПДК которых установлены соответственно по санитарно-токсикологическому ЛПВ, общесанитарному ЛПВ, органолептическому ЛПВ, а для рыбохозяйственных водоёмов – ещё и по токсикологическому ЛПВ и рыбохозяйственному ЛПВ. Здесь n – число вредных веществ в водоёме, относящихся, положим, к «санитарно-токсикологической» группе вредных веществ; C i – концентрация i-го вещества из данной группы вредных веществ; m – номер группы вредных веществ, например, m = 1 – для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, m = 2 – для «общесанитарной» группы вредных веществ и т.д. – всего пять групп. При этом должны учитываться фоновые концентрации C ф вредных веществ, содержащихся в воде водоёма до сброса сточных вод. При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно выполняться требование:

, (2.2)

Установлены ПДК для более 400 вредных основных веществ в водоёмах питьевого и культурно-бытового назначения, а также более 100 вредных основных веществ в водоёмах рыбохозяйственного назначения. В таблице 2.4 приведены ПДК некоторых веществ в воде водоёмов.

Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей, ПДС. Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед сбросом их в водоём определяется состоянием водоёма, а именно - фоновыми концентрациями вредных веществ в водоёме, расходом воды водоёма и др., то есть способностью водоёма к разбавлению вредных примесей.

Запрещено сбрасывать в водоёмы сточные воды, если существует возможность использовать более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения – повторное или постоянное (многократное) использование одной и той же воды в технологическом процессе; если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; если стоки содержат сырьё, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непрерывным с переменным расходом, случайным. При этом необходимо учитывать, что расход воды в водоёме (дебет реки) изменяется и по сезонам, и по годам. В любом случае должны удовлетворяться требования условия (2.2).

Большое значение имеет метод сброса сточных вод. При сосредоточенных выпусках смешение стоков с водой водоёма минимально, и загрязнённая струя может иметь большое протяжение в водоёме. Наиболее эффективно применение рассеивающих выпусков в глубине (на дне) водоёма в виде перфорированных труб.

В соответствии с изложенным одной из задач регулирования качества вод в водоёмах является задача определения допустимого состава сточных вод, то есть того максимального содержания вредного вещества (веществ) в стоках, которое после сброса ещё не даст превышения концентрации вредного вещества в водах водоёма над ПДК данного вредного вещества.

Таблица 2.4 - Предельно допустимые концентрации некоторых вредных

веществ в водоёмах

Уравнение баланса растворённой примеси при сбросе её в водоток (реку) с учётом начального разбавления в створе выпуска имеет вид :

Здесь С сm , С р.с, С ф – концентрации примеси в сточных водах до выпуска в водоём, в расчётном створе и фоновая концентрация примеси соответственно, мг/кг;

n o и n р.с – кратность разбавления сточных вод в створе выпуска (начальное разбавление) и в расчётном створе, соответственно.

Начальное разбавление сточных вод в створе их выпуска

где Q o = LHV – часть расхода водостока, протекающая над рассеивающим выпуском, имеющим, положим, вид перфорированной трубы, уложенной на дно, м 3 /с; q – расход сточных вод, м 3 /с; L – длина рассеивающего выпуска (перфорированной трубы), м; H, V – средние глубина и скорость потока над выпуском, м и м/с.

После подстановки (2.4) в (2.3) получим, что

(2.5)

При LHV >> q

(2.6)

По ходу водостока струя сточной воды расширяется (за счёт диффузии, турбулентной и молекулярной), вследствие чего в струе происходит перемешивание сточной воды с водой водотока, возрастание кратности разбавления вредной примеси и постоянное уменьшение её концентрации в струе сточной, точнее, теперь уже перемешанной воды. В конечном счете, створ (сечение) струи расширится до створа водотока. В этом месте водотока (где створ загрязнённой струи совпал со створом водотока) достигается максимально возможное для данного водотока разбавление вредной примеси. В зависимости от величин кратности начального разбавления, ширины, скорости, извилистости и других характеристик водотока концентрация вредной примеси (С р.с) может достигнуть значения её ПДК в разных створах загрязнённой струи. Чем раньше это произойдёт, тем меньший участок (объём) водотока будет загрязнён вредной примесью выше нормы (выше ПДК). Понятно, что самый подходящий вариант – когда условие (2.2) обеспечивается уже в самом месте выпуска и, таким образом, размеры загрязнённого участка водотока будут сведены к нулю. Напомним, что этот вариант соответствует условию выпуска стоков в водоток второго типа. Нормативное разбавление до ПДК в створе выпуска требуется и для водотоков первого типа, если выпуск осуществляется в черте населённого пункта. Этот вариант можно обеспечить, увеличивая длину перфорированной трубы выпуска. В пределе, перегородив весь водосток трубой выпуска и включив таким образом в процесс разбавления стоков весь расход водотока, учитывая, что для створа выпуска n р.с = 1, а также положив в (2.5) , получим:

, (2.7)

где В и Н – эффективные ширина и глубина водотока; соответственно – расход воды водотока.

Уравнение (2.7) означает, что при максимальном использовании разбавительной способности водотока (расхода водотока) максимально возможную концентрацию вредного вещества в сбрасываемых сточных водах можно допустить равной . Если для целей разбавления стоков возможно использование только части расхода воды водотока, например, 0,2Q, то требования к очистке стоков от данного вредного вещества повышаются, и максимально допустимая концентрация вредности в стоках должна быть уменьшена при этом в 5 раз: . При этом величина qC cm , равная в первом случае ПДК , а во втором ПДК должна рассматриваться как предельно допустимый сброс (ПДС) данной вредности в водоток, г/с. При превышении данных величин ПДС (Q ПДК и 0,2Q ПДК, г/с) концентрация вредного вещества в водах водотока превысит ПДК. В первом случае (ПДС = Q ПДК) турбулентная (и молекулярная) диффузия уже не уменьшит концентрацию вредности по ходу водотока, так как створ начального разбавления совпадает со створом всего водотока – струе загрязнённой воды некуда диффундировать. Во втором случае по ходу водотока будут иметь место разбавление стоков и уменьшение концентрации вредности в воде водоёма, и на некотором расстоянии S от выпуска концентрация вредного вещества может уменьшиться до ПДК и ниже. Но и в этом случае определённый участок водотока окажется загрязнённым выше нормы, то есть выше ПДК.

В общем случае расстояние от створа выпуска до расчётного створа, то есть до створа с заданной величиной кратности разбавления, n р.с или – что фактически то`же – с заданной концентрацией вредной примеси, например, равной её ПДК будет равно

, (2.8)

где А = 0,9…2,0 – коэффициент пропорциональности, зависящий от категории русла и среднегодового расхода воды водотока; В – ширина водотока, м; х – ширина части русла, в которой не производится выпуск (труба не перекрывает всю ширину русла), м; j - коэффициент извилистости русла: отношение расстояния между створами по фарватеру к расстоянию по прямой; Re д = V H / D – диффузионный критерий Рейнольдса.

Расширение загрязнённой струи по ходу водотока происходит, в основном, за счёт турбулентной диффузии, её коэффициент

где g – ускорение свободного падения, м 2 /с; М – функция коэффициента Шези для воды. М=22,3 ; С ш – коэффициент Шези, С ш =40…44 .

После потенцирования (2.8) получается значение n р.с в явном виде

. (2.10)

Подставив выражение для n р.с в (2.6) и полагая С р.с = ПДК, получаем:

]. (2.11)

Уравнение (2.11) означает: если при начальном разбавлении, определяемом величинами L, H, V, и при известных характеристиках водотока j, А, В, х, Re д, С ф необходимо, чтобы на расстоянии S от выпуска стоков концентрация вредного вещества была на уровне ПДК и меньше, то концентрация вредного вещества в стоках перед сбросом не должна быть больше величины C cm , вычисляемой по (2.11). Перемножив обе части (2.11) на величину q, приходим к тому же условию, но уже через предельно-допустимый сброс C cm q = ПДС:

. (2.12)

Из общего решения (2.12) следует тот же результат, который получен выше на основе простых соображений. В самом деле, положим, что решается задача: каким может быть максимальный (предельно допустимый) сброс сточной воды в водоток, чтобы уже в месте выпуска (S=0) концентрация вредного вещества была равна ПДК, а для начального разбавления используется только пятая часть расхода водотока (дебета реки), то есть LHV = 0,2 Q.

Поскольку при S = 0 n р.с = 1, из (2.12) получаем:

ПДС = 0,2 ПДК

На изложенных принципах, в целом, основывается регулирование качества воды в водотоках при сбросе в них взвешенных, органических веществ, а также вод, нагретых в системах охлаждения предприятий .

Условия смешения сточных вод с водой озёр и водохранилищ значительно отличаются от условий их смешения в водотоках – реках и каналах. В частности, полное перемешивание стоков и вод водоёма достигается на существенно больших расстояниях от места выпуска, чем в водотоках. Методы расчёта разбавления стоков в водохранилищах и озёрах приведены в .

Организация пунктов наблюдения за загрязнением поверхностных вод

Наиболее важным этапом организации работ по наблюдению за загрязнением поверхностных вод является выбор местоположения пункта наблюдений. Под таким пунктом понимают место на водоеме, в котором производится комплекс работ для получения данных о качестве воды. Пункты наблюдений организуются, в первую очередь, на водоемах, которые имеют большое народнохозяйственное значение, а также подверженных загрязнению сточными водами предприятий энергетики и промышленности, хозяйственно-бытовыми стоками, а также стоками с сельхозугодий и животноводческих комплексов.

Перед организацией пунктов проводят предварительные обследования, которые имеют следующие цели:

Определение состояния водного объекта, сбор и анализ сведений о водопользователях, выявление источников загрязнения, количества, состава и режима сбросов сточных вод в водоем или водоток;

Определение расположения пунктов наблюдений, створов наблюдений, вертикалей и горизонтов в них;

Установление характеристик для данного водоема или водотока загрязняющих веществ и биотопов;

Составление программы работ.

Основные программы исследования водных объектов

На основе материалов исследования водных объектов составляют карту-схему водоема, водотока или их частей с нанесением источников загрязнения и местами сброса сточных вод. Затем отмечают местоположение пунктов и створов наблюдений. Затем выполняют обследование водоема или водотока, во время которого исследуются источники загрязнения (место, характер, режим сброса сточных вод, их количество и состав), а также отбираются пробы воды для определения в них гидрохимических и гидробиологических показателей с целью выявления характерных для данного пункта загрязняющих веществ. В табл.1 представлены основные программы исследования водных объектов.

Существуют и другие программы, например, такие как:

1) программа наблюдений по гидробиологическим показателям, по которой изучают сведения:

О фитопланктоне - совокупности растительных организмов, населяющих толщу воды;

Зоопланктоне - совокупности животных, населяющих водную толщу, пассив но переносимых течениями;

Зообентосе - совокупности животных, обитающих на дне морских и пресных водоемов;

Перифитоне - совокупности организмов, поселяющихся на подводных частях речных судов, бакенов, свай и других искусственных сооружений;

2) программы наблюдений качества морских вод (без гидробиологических показателей), сокращенная и полная.

Нормирование и регулирование качества воды в водоемах

Охрана водоемов от загрязнений осуществляется в соответствии с «Санитарными правилами и нормами охраны поверхностных вод от загрязнения» (1988). Правила включают в себя общие требования к водопользователям в части сброса сточных вод в водоемы. Правилами установлены две категории водоемов:

I- водоемы питьевого и культурно-бытового назначения;

II- водоемы рыбохозяйственного назначения.

Состав и свойства воды водных объектов первого типа должны соответствовать нормам в створах, расположенных в водотоках на расстоянии не менее одного километра выше ближайшего по течению пункта водопользования, а в непроточных водоемах - в радиусе не менее одного километра от пункта водопользования. Состав и свойства воды в водоемах II типа должны соответствовать нормам в месте выпуска сточных вод при рассеивающем выпуске (при наличии течений), а при отсутствии рассеивающего выпуска - не далее чем 500 м от места выпуска.

Правилами установлены нормируемые значения для следующих параметров воды водоемов: содержание плавающих примесей и взвешенных частиц, запах, привкус, окраска и температура воды, значение рН, состав и концентрация минеральных примесей и растворенного в воде кислорода, биологическая потребность воды в кислороде, состав и предельно допустимая концентрация (ПДК) ядовитых и вредных веществ и болезнетворных бактерий. Предельно допустимая концентрация - концентрация вредного (ядовитого) вещества в воде водоема, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений и заболеваний, в том числе и у последующих поколений, обнаруживаемых современными методами исследований и диагностики, а также не нарушает биологического оптимума в водоеме.

Вредные и ядовитые вещества разнообразны по своему составу, в связи, с чем их нормируют по принципу лимитирующего показателя вредности (ЛПВ), под которым понимают наиболее вероятное неблагоприятное воздействие данного вещества. Для водоемов первого типа используют три вида ЛПВ: санитарно-токсикологический, обще-санитарный и органолептический, для водоемов второго типа - дополнительно еще два вида: токсикологический и рыбохозяйственный.

Санитарное состояние водоема отвечает требованиям норм при выполнении неравенства

для каждой из трех (для водоемов второго типа - для каждой из пяти) групп вредных веществ, ПДК которых установлены соответственно по санитарно-токсикологическому ЛПВ, общесанитарному ЛПВ, органолептическому ЛПВ, а для рыбохозяйственных водоемов - еще и по токсикологическому ЛПВ и рыбохозяйственному ЛПВ. Здесь п - число вредных веществ в водоеме, относящихся, например, к «санитарно-токсикологической» группе вредных веществ; С, - концентрация z-го вещества из данной группы вредных веществ; т - номер группы вредных веществ, например, т = 1 - для «санитарно-токсикологической» группы вредных веществ, т = 2 - для «общесанитарной» группы вредных веществ и т. д. - всего пять групп. При этом должны учитываться
фоновые концентрации Сф вредных веществ, содержащихся в воде водоема до сброса сточных вод. При преобладании одного вредного вещества с концентрацией С в группе вредных веществ данного ЛПВ должно удовлетворяться требование С + Сф<ПДК.

Установлены ПДК для более 400 вредных основных веществ в водоемах питьевого и культурно-бытового назначения, а также более 100 вредных основных веществ в водоемах рыбохозяйственного назначения. В табл. 2 приведены ПДК некоторых веществ в воде водоемов.

Таблица 2

Предельно допустимые концентрации некоторых вредных веществ в водоемах

Для самих сточных вод ПДК не нормируются, а определяются предельно допустимые количества сброса вредных примесей (ПДС). Поэтому минимально необходимая степень очистки сточных вод перед сбросом их в водоем определяется состоянием водоема, а именно - фоновыми концентрациями вредных веществ в водоеме, расходом воды водоема и др., т. е. способностью водоема к разбавлению вредных примесей.

Запрещено сбрасывать в водоемы сточные воды, если существует возможность использовать более рациональную технологию, безводные процессы и системы повторного и оборотного водоснабжения - повторное или постоянное (многократное) использование одной и той же воды в технологическом процессе; если стоки содержат ценные отходы, которые возможно утилизировать; если стоки содержат сырье, реагенты и продукцию производства в количествах, превышающих технологические потери; если сточные воды содержат вещества, для которых не установлены ПДК.

Режим сброса может быть единовременным, периодическим, непрерывным, с переменным расходом, случайным. При этом необходимо учитывать, что расход воды в водоеме (дебит реки) изменяется и по сезонам, и по годам. В любом случае должно удовлетворяться требование условия (17а).

Большое значение имеет способ сброса сточных вод. При сосредоточенных выпусках смешение стоков с водой водоема минимально, и загрязненная струя может иметь большое протяжение в водоеме. Наиболее эффективно применение рассеивающих выпусков в глубине (на дне) водоема в виде перфорированных труб.

Одной из задач регулирования качества вод в водоемах является определение допустимого состава сточных вод, т. е. того максимального содержания вредного вещества (веществ) в стоках, которое после сброса не вызывает превышения концентрации вредного вещества в водах водоема над ПДК данного вредного вещества.

Прогнозирование и контроль состояния водоемов

Прогнозирование состояния водоемов или других природных систем основывается на изучении и анализе закономерностей их развития, изменчивости при действии антропогенных и других факторов. Оно базируется на стандартах, определяющих допустимые пределы выбросов вредных веществ, на значении их предельно допустимых концентраций. В нашей стране используются нормы предельно допустимых сбросов (ПДС), устанавливаемые для каждого предприятия с таким расчетом, чтобы суммарное загрязнение воды от всех источников в данной местности находилось в пределах ПДК.

Прогноз загрязнения водоемов в зависимости от поставленных задач, длительности и методов прогнозирования разделяется на две части:

Общая прогнозная оценка изменения гидрохимического режима и степени загрязнения под влиянием всех антропологических факторов на водосборной площади;

Прогноз загрязнения водоемов в связи с воздействием одного или нескольких факторов.

Общие прогнозные оценки загрязнения водных объектов производятся путем анализа и выявления тенденций изменения водного стока и химического состава воды за много лет. Изучение особенностей формирования режима на фоновом участке и в зоне антропогенного воздействия, а также исследование одного и того же водоема в разное время позволяет выявлять антропогенные изменения и прогнозировать возможные преобразования гидрохимического режима.

Для прогноза воздействия на состав воды рек сбросов химических предприятий применяют методы, учитывающие разбавление сточных и речных вод. Средняя концентрация загрязнителя (С, мг/дм 2) определяется по формуле

где СФ - средняя концентрация загрязнителя в фоновом створе реки;

G; - суммарное количество загрязнителей, поступающих в реку со сточными водами 1-го предприятия, г;

Wф - водный сток в фоновом створе реки, м 3 ;

Уi; - коэффициент смещения сточных и речных вод;

к - коэффициент скорости самоочищения речной воды от загрязняющего вещества, сут"1;

T- время добегания воды от 1-гo источника до створа, сут.

Вопросы изменения речных ландшафтов здесь не рассматриваются. Однако следует указать, что в условиях техногенеза их преобразование существенно расширяется за счет поступления в реку стоков с повышенным содержанием органических веществ и несвойственных ей элементов. В частности, в воде снижается концентрация растворенного кислорода, а в осадках возникает восстановительная сероводородная обстановка

Нормальная эксплуатация водопроводно-канализационных сооружений невозможна без контроля качественных параметров природных и сточных вод на разных этапах их очистки, подачи потребителям и выпуска в водоемы. Для этой цели широко применяются аналитическая техника и автоматические приборы в виде сигнализации предельных значений измеряемых величин или путем их регистрации.

Важнейшей составной частью водно-санитарного законодательства являются предельно допустимые концентрации вредных веществ в воде водоемов. При этом различают ПДК для водоемов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового использования и ПДК для рыбохозяйственных целей.

При установлении ПДК того или иного вещества рассматриваются три признака вредности: общесанитарный, органолептический и санитарно-токсилогический. Под общесанитарной вредностью понимается влияние вредных веществ сточных вод на санитарный режим водоемов, то есть процессы их естественного самоочищения от органического загрязнения, прежде всего бытовыми водами. Под воздействием промышленных стоков часто нарушаются процессы самоочищения водоемов вследствие, например, нарушения кислородного режима из-за значительного сброса в воду легкоокисляющихся и сбраживающихся соединений. При существенном снижении содержания в воде кислорода происходит образование пленок и твердых плавающих на поверхности загрязнений, появление грибковых образований и другие признаки развития гнилостных процессов. Такой водоем становится непригодным для купания и других культурно-бытовых целей.

Вредные вещества сточных вод влияют на органолептические свойства и качество воды. Так, наличие на поверхности воды пленки минеральных масел, неприятный запах и привкус, несвойственное окрашивание, повышенная температура и жесткость воды ограничивают использование водоёмов для культурно-бытовых и спортивных целей.

Санитарно-токсикологическая вредность сточных вод связана с I влиянием содержащихся в них вредных веществ на здоровье населения - грез источники питьевого водоснабжения. Установление ПДК здесь основывается на подпороговых концентрациях веществ, то есть концентрациях, при которых не наблюдается заметного изменения функционального состояния организма. При этом учитывается также и возможность отдаленных последствий воздействия загрязнителей на человека - мутагенного (изменение наследственности), гонадотропного (нарушение половой функции), эмбриотропного (нарушение развития года) и бластомагенного (опухолевого) эффектов.

Предельно допустимая концентрация вещества устанавливается обычно по тому признаку вредного воздействия, которому соответствует -(меньший показатель пороговой или предпороговой концентрации. поскольку он определяет характер неблагоприятного действия меньших концентраций вещества, этот признак называется цитирующим признаком вредности. Определение ПДК по пороговой подпороговой концентрации лимитирующего признака создает запас надежности по двум остальным признакам вредности.

Как правило, водоемы одновременно загрязняются несколькими веществами. Эффект действия вредных соединений с одинаковыми лимитирующими признаками суммируется. К настоящему времени в кассии утверждено свыше 600 ПДК вредных веществ в водоемах пличного пользования. Рыбохозяйственные ПДК, установленные для 137 соединений, - это концентрации загрязнителей, при постоянном присутствии которых в водоеме выполняются следующие условия:

Не наблюдаются случаи гибели рыб и организмов, служащих! для них кормом;

Не происходит исчезновение видов, для жизни которых водоем | пригоден, а также замены ценных в кормовом отношении организмов на малоценные;

Не происходит порчи товарных качеств рыбы, появление у не неприятных привкусов и запахов;

Не происходит изменений, способных в будущем привести гибели рыб, замене их ценных видов на малоценные или поте рыбохозяйственной ценности водоема.

Промышленные и бытовые сточные воды обычно содержат большое количество разнообразных по составу органических неорганических загрязнителей, которые, как правило, окисляются, разлагаются с использованием кислорода. Общий уровень загрязнен, характеризуется величиной потребности в кислороде, которая разделяется на биохимическую и химическую.

Под биохимической потребностью в кислороде (БПК) понимается такое количество кислорода (мг/л), которое требуется живым организмам для окисления органических и неорганических веще находящихся в 1 л сточной воды. Биохимическому окислен, подвергаются только те ее компоненты, которые могут быть использованы организмами для их жизнедеятельности.

Величины БПК всегда указываются с индексом, обозначающим (продолжительность окисления в сутках. При этом БПК10 всегда выше ПБК5 вследствие более глубокого окисления. Отсюда величина биологической потребности в кислороде будет стремиться к некоторой сдельной величине, обозначаемой как БПКn (полная). Её величина для еды хозяйственно-питьевых и рыбохозяйственных водоемов в кислороде при 20°С не должна превышать 3 мг О2/л.

Под химической потребностью в кислороде (ХПК) понимают то величество кислорода (мг/л) сточной воды, которое требуется для окисления органических и неорганических соединений, находящихся в 1 воды. При определении ХПК обычно применяют в качестве окислителя горячий раствор бихромата калия. Величина ХПК является важнейшей характеристикой промышленных сточных вод. ХПК всегда больше БПКп из-за более глубокого окисления химическим путем по сравнению с биохимическим. Значение ХПК изменяется от 10-20 мг [- л для сравнительно чистой воды до 1000 мг О2/л и более для сильно загрязненной. Отношение величин БПКП/ХПК называется биохимическим показателем, значение которого всегда меньше единицы. По его величине судят о возможности и степени очистки сточных вод биологическим путем. Так, бытовые сточные воды, 1лболее полно очищающиеся биологическим способом, характеризуются показателем 0,5. Величина биохимического показателя для сточных вод варьирует в пределах 0,05-0,30.

Для контроля качественных параметров воды используются приборы общепромышленного назначения. Таковыми являются различные конструкции плотномеров, солемеров, рН-метровфотоколориметров, концентратомеров, гигрометров, полярографов. Кроме того, применяются приборы, предназначенные специально для анализа показателей водопроводно-канализационных сооружений, таких как ХПК, БПК, растворенный кислород.

Смесь хозяйственно-бытовых и производственных сточных вод по физическому состоянию является нестойкой полидисперсной системой. Примеси (загрязнения) сточных вод по своим размерам колеблются от грубых до высокодисперсных.

В бытовых сточных водах грубодисперсные примеси и взвешенные частицы (размером более 10 -4 мм) составляют 35-40%, колло-иднорастворенные (размером 10 -4 мм) - 10-25%, растворимые (размером менее 10 -6 мм) составляют 40-55% от общего количества загрязнений.

На одного жителя, который пользуется канализацией, приходится 60-80 г взвешенных частиц в сутки (в сухом эквиваленте). При очистке сточных вод вначале извлекают грубо-дисперсные, а затем коллоиднорастворенные и растворенные примеси.

По своему составу примеси хозяйственно-бытовых стоков делят на три группы: минеральные, органические и биологические .

К минеральным примесям относят: песок, частицы шлака, глины, соли, щелочи, кислоты, минеральные масла и другие органические вещества. Количество минеральных примесей составляет около 30-40% от общего количества загрязнений.

К органическим примесям относят загрязнения растительного и животного происхождения.

В загрязнениях растительного происхождения основным элементом является углерод, а в загрязнениях животного происхождения - азот. Органические загрязнения образуются в результате жизнедеятельности человека. Количество органических примесей составляет 60-70% от общего количества загрязнений хозяйственно-бытовых сточных вод. Количество органических загрязнений пропорционально числу жителей и составляет 7-8 г азота, 8-9 г хлоридов, 1,5-1,8 фосфора, 3 г калия и других веществ на одного жителя в сутки.

Наибольшие трудности при очистке сточных вод вызывают органические примеси. Находясь в сточных водах, они быстро загнивают и отравляют грунт, воду и воздух. Поэтому сточные воды необходимо быстро вывести за пределы населенных пунктов и минерализовать органические вещества, которые уже теряют свои вредные качества.

К биологическим примесям относятся микробная флора и фауна: бактерии, вирусы, водоросли, дрожжевые и плесневые грибки и т.п. Несмотря на то, что размеры и вес микроорганизмов очень малы, зато если сложить вместе все бактерии, то суммарный объем микроорганизмов в сточных водах составит приблизительно 1 м3 на 1000 м3 стоков. Живительной средой для микроорганизмов являются органические вещества, находящиеся в сточных водах.

Среди микроорганизмов есть патогенные (заразные) бактерии: возбудители брюшного тифа, холеры, дизентерии и других желудочно-кишечных заболеваний. Поэтому большинство сточных вод является потенциально опасными. В каждом конкретном случае для определения степени опасности сточных вод делают анализ качественного и количественного загрязнения того или иного вида.

Минерализацию органических веществ осуществляют их окислением . Процесс окисления органических веществ, который осуществляется в присутствии воздуха, называется аэробным. В том случае, когда на окисление органических веществ расходуется кислород не из воздуха, а из различных соединений, процесс минерализации называют анаэробным.

При анаэробном процессе окисления, который протекает очень медленно, выделяются различные газы с плохим запахом и развивается большое число анаэробных бактерий. Таким образом, все основные виды очистки сточных вод основаны на минерализации органических веществ в анаэробных условиях.

Для того чтобы не загрязнять источники хозяйственно-питьевой воды, места купания и отбора промышленных вод, сточные воды очищают. При этом частично процесс очищения может происходить уже в самом водоеме, вблизи места выпуска стоков, если это не мешает использованию воды для водоснабжения.

Необходимая степень очистки сточных вод перед сбрасыванием их в водоемы определяется специальным расчетом и согласовывается с местными органами санитарного и рыбного надзора. Для расчета степени очистки стоков необходимо знать концентрацию и количество сточных вод, мощность и категорию водоема и содержание кислорода в его воде. По условиям сбрасывания сточных вод водоемы делят на три категории в зависимости от характера их использования.

Первая категория включает участки водоема, которые используются для централизованного водоснабжения, а также те, которые находятся в границах второго пояса зоны санитарной охраны водопроводов или граничат с государственными рыбными заповедниками.

Вторая категория включает участки водоема, которые используются для неорганизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения и водоснабжения предприятий пищевой промышленности, а также участки с местами массового нереста промышленных видов рыб.

Третья категория включает в себя участки водоема в границах населенных пунктов, которые используются для массового купания или имеют архитектурно-декоративное значение или используются для организованного рыбного хозяйства. Водоемы третьей категории не используются для питьевого водоснабжения.

В соответствии с вышесказанным, к каждой категории водоемов предъявляются соответствующие условия. После смешивания сточных вод с водой водоема, смешанная вода должна иметь в своем составе не менее 4 мг/л растворенного кислорода(летом). Активная реакция в смешанной воде не должна быть по рН ниже 6,5 и выше 8,5, а содержание взвешенных частиц не должно повышаться более чем на 0,25 мг/л для водоемов первой категории, 0,75 мг/л для водоемов второй категории и 1,5 мг/л для водоемов третьей категории.